传统的污水处理技术主要以污染物去除为目标,需要消耗大量能源。在可持续发展理念以及绿色生态环保的理念下,利用微生物同时实现污染物去除和资源回收,生产微生物蛋白,成为具有发展前景的污水处理技术。微生物蛋白具有生产效率高、劳动生产率高、营养成分丰富且含量高、生产原料来源广泛等独特优势,是污水资源回收领域中一个新兴的发展方向。光合细菌(PSB)能有效同化污水中的有机物和氮元素合成微生物细胞,实现迅速增长繁殖,微生物蛋白比例较高,是合适的目标微生物。但目前相关研究仍处于起步阶段。在现有研究中,光合细菌生长的影响因素,特别是微生物蛋白合成比例的影响因素仍不明确,不同废水的碳氮比具有显著差异,而碳氮比条件对微生物蛋白品质及光合细菌种群结构的影响研究仍然未见报道。因此本课题以光合细菌为研究对象,以实现污水资源回收为目标,设置不同的碳氮比条件,探究碳氮比对于光合细菌生长特性和合成微生物蛋白的影响。主要研究结果如下:(1)通过两个周期的摇瓶培养实验,发现碳氮比条件对生物量增加、污染物降解和微生物蛋白合成均有显著影响。总体上,在碳氮比较高的条件下,微生物生长量、氨氮及COD去除率较高;而在碳氮比为1的条件下,微生物蛋白占菌体的比例最高,两个周期中分别达到56.48%和62.46%,氨氮及COD降解量的比值也是最高的。这说明在低碳氮比会促进光合细菌同化污水中氨氮和营养,合成的微生物蛋白的比例更高。(2)为进一步解释碳氮比对生物量、污染物质降解和微生物蛋白合成的影响机制,对摇瓶体系中的光合细菌混合菌群进行高通量测序分析,发现微生物群落功能专一性较强,外硫红螺菌属(Ectothiorhodospira)在每组碳氮比条件下都占据着绝对优势,是体系中的主要功能菌。此外,在碳氮比较高的条件下,还出现了较高比例的以分解蛋白质为主要功能的Proteiniclasticum,以及具有有机物分解功能的发酵类细菌嗜碱菌属(Alkaliphilus)、盐单胞菌属(Halomonas)等,从而解释了为何碳氮比增加时,尽管氨氮和COD的降解率升高,而微生物蛋白占菌体的比例却降低。(3)从光合细菌合成微生物蛋白的最优条件出发,分析三类具有代表性的实际废水利用光合细菌工艺生产微生物蛋白的可行性,设计了基于光合细菌生长的污水资源回收的工艺流程和序批式(SBR)反应器,工艺流程包括预处理阶段、光合细菌序批式反应器、光合细菌菌体回收、深度处理四个阶段。反应器要根据光合细菌的特性设计为一个扁平的长方体状,添加搅拌装置、加热控温装置、曝气装置等;菌体回收选择操作性强、回收效率高的膜分离技术来回收光合细菌菌体。图31幅,表22个,参考文献108篇。